论文题目: Skutterudite系热电材料制备及性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 彭江英
导师: 张同俊,杨君友
关键词: 热电材料,机械合金化,热电优值,拉曼散射
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: Skutterudite 材料具有优良的电性能,包括很高的载流子迁移率和中等的Seebeck系数,虽然热导率比目前常用的热电材料偏高,但它具有特殊的晶体结构,可以通过合金化、置入填充原子等途径使晶格热导率得到显著降低,因而是当前热电材料家族中最具发展前途的热电材料之一。本文对Skutterudite 系热电材料的制备工艺、组织结构、热电性能及其内在机理展开了系统深入的研究。首次将机械合金化应用于Skutterudite 系材料制备中,研究了Co-Sb、Co-Fe-Sb 系的机械合金化,发展了两种制备置换及填充Skutterudite 材料的新工艺:高能球磨-无压烧结与高能球磨-热压成型-等温退火,其中后者可得到较致密、晶粒大小较均匀的块体材料。对Fe 置换Skutterudite 化合物Co4-xFexSb12中Fe 的置换固溶度进行了研究,表明Fe 的最大置换固溶度近似为x=0.68。研究了Fe 置换对热电性能的影响,随Fe 置换量增加,P 型载流子浓度增大,电导率上升,Seebeck 系数下降,功率因子在x=0.5 时达到最大。同时,Fe 置换使热导率显著降低。对其热传导机制的分析表明,Fe 置换引入的点缺陷散射并不是导致晶格热导率降低的主要原因,载流子对声子的散射不容忽视,此外,可能有其它尚未知晓的机制存在。随Fe 置换量增加,ZT 值增大,Co3.35Fe0.65Sb12在773K 时达到0.32 的ZT 值。置换量继续增大,Co3FeSb12成分在550K 以后ZT 值反而开始降低。在置换化合物中加入稀土La 填充元素,制备了部分填充Skutterudite 化合物LayCo4-xFexSb12 （x≤1,y≤1）。对比研究了Fe 置换和La 部分填充对晶体拉曼谱的影响,Fe 置换对拉曼谱影响不大,而La 部分填充则使拉曼谱产生明显变化,峰位有红移,部分峰位明显展宽。对La 填充化合物的Rietveld 结构精修表明,稀土原子具有异常大的热振动参数,证明了填充原子在晶格空隙中处于“扰动”状态。这种特殊的结构使热导率显著下降。此外,对Skutterudite/Bi2Te3系梯度复合热电材料的制备进行了初步尝试,结果表明,以低熔点Bi2Te3系组元作为中间介质可以获得界面结合紧密的梯度材料。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1．1 热电效应及其应用
1．2 热电转换效率及材料的热电优值
1．3 热电传输理论
1．4 提高热电优值的途径
2 SKUTTERUDITE 热电材料研究进展
2．1 新型热电材料研究进展
2．2 SKUTTERUDITE 热电材料研究进展
2．3 本课题研究目的、意义
3 COSB_3 SKUTTERUDITE 化合物的机械合金化及其制备工艺研究
3．1 实验方法
3．2 CO-SB 二元系的机械合金化研究
3．3 无压烧结工艺研究
3．4 热压烧结成型研究
3．5 小结
4 FE 置换COSB_3基SKUTTERUDITE 化合物CO_(4-X)FE_XSB_(12)的制备工艺、结构及其热电性能研究
4．1 实验方法
4．2 CO-FE-SB 三元系的机械合金化研究
4．3 无压烧结工艺暨结构分析
4．4 热压烧结工艺研究
4．5 FE 置换对热电性能的影响
4．6 热传导机制分析
4．7 小结
5 稀土部分填充SKUTTERUDITE 化合物LA_YCO_(4-X)FE_XSB_(12)的制备工艺及其热电性能研究
5．1 实验方法
5．2 稀土部分填充SKUTTERUDITE 化合物制备工艺研究
5．3 稀土部分填充对热电性能的影响
5．4 小结
6 SKUTTERUDITE 化合物拉曼光谱研究
6．1 实验方法
6．2 FE 置换及稀土部分填充对拉曼光谱的影响
6．3 小结
7 稀土部分填充SKUTTERUDITE 化合物的RIETVELD 结构分析．
7．1 RIETVELD 结构分析基本原理
7．2 RIETVELD 计算程序简介
7．3 RIETVELD 分析方法
7．4 结果及分析
7．5 小结
8 SKUTTERUDITE/BI_2TE_3 系梯度复合热电材料制备工艺初探
8．1 实验方法
8．2 结果及分析
8．3 小结
9 全文总结及展望
致谢
参考文献
附录1 作者在攻读学位期间发表和待发表的论文
附录2 RIETVELD 分析输入文件
附录3 RIETVELD 结构精修结果(部分)
发布时间: 2006-04-05
参考文献
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